6. Teorema de Euclides: altura

Objetivos

  • Verificar pictóricamente el teorema de Euclides en un triángulo rectángulo.
  • Relacionar la altura a la hipotenusa con las proyecciones que determina.
  • Aplicar \(h^2=mn\) en problemas geométricos.

Altura a la hipotenusa

En un triángulo rectángulo, la altura trazada desde el vértice del ángulo recto divide la hipotenusa en dos segmentos. A esos segmentos los llamaremos \(m\) y \(n\).

Si \(CD\) es la altura a la hipotenusa, entonces \(h=CD\), \(m=AD\) y \(n=DB\).

Teorema de la altura

Si \(h\) es la altura a la hipotenusa y \(m,n\) son las dos proyecciones que esa altura determina sobre la hipotenusa, entonces:

\[ h^2=mn \]

Por lo tanto:

\[ h=\sqrt{mn} \]

Esta relación solo se aplica cuando la altura se traza desde el ángulo recto hacia la hipotenusa.

Origen por semejanza

La relación \(h^2=mn\) aparece porque la altura a la hipotenusa forma dos triángulos rectángulos más pequeños, y esos triángulos son semejantes entre sí y con el triángulo original.

Ejemplo 1: calcular la altura

La altura a la hipotenusa divide la hipotenusa en segmentos de \(9\) cm y \(16\) cm. Calcula la altura.

Aplicamos el teorema:

\[ h^2=mn \]

Reemplazamos \(m=9\) y \(n=16\):

\[ h^2=9\cdot 16=144 \]

Como \(h\) es una longitud, tomamos la raíz positiva:

\[ h=\sqrt{144}=12 \]

La altura mide \(12\) cm.

Ejemplo 2: encontrar una proyección

En un triángulo rectángulo, la altura a la hipotenusa mide \(12\) cm. Una de las proyecciones mide \(9\) cm. Calcula la otra proyección.

Usamos:

\[ h^2=mn \]

Reemplazamos \(h=12\) y \(m=9\):

\[ 12^2=9n \]

\[ 144=9n \]

Dividimos por \(9\):

\[ n=\frac{144}{9}=16 \]

La proyección faltante mide \(16\) cm.

Ejercicio 1: reconocer \(m\), \(n\) y \(h\)

Observa el triángulo rectángulo. La altura \(CD\) cae sobre la hipotenusa \(AB\).

  1. Identifica \(m\).
  2. Identifica \(n\).
  3. Calcula \(h\).

Ejercicio 2: calcular la altura

Calcula \(h\) usando el teorema de la altura. En los dos primeros casos trabaja de forma numérica; en los siguientes, identifica en la figura las proyecciones \(m\), \(n\) y la altura \(h\).

  1. \(m=4\), \(n=9\).
  2. \(m=2\), \(n=8\).
  3. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(AD=5\) cm y \(DB=20\) cm, calcula \(CD\).

  4. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(AD=3\) cm y \(DB=12\) cm, calcula \(CD\).

  5. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(AD=1\) cm y \(DB=25\) cm, calcula \(CD\).

  6. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(AD=16\) cm y \(DB=25\) cm, calcula \(CD\).

Ejercicio 3: encontrar una proyección

Encuentra la proyección faltante usando \(h^2=mn\). En los tres primeros casos trabaja de forma numérica; en los siguientes, identifica primero \(m\), \(n\) y \(h\) en la figura.

  1. \(h=6\), \(m=4\). Encuentra \(n\).
  2. \(h=10\), \(m=5\). Encuentra \(n\).
  3. \(h=12\), \(n=16\). Encuentra \(m\).
  4. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(CD=12\) cm y \(AD=9\) cm, encuentra \(DB\).

  5. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(CD=8\) cm y \(DB=4\) cm, encuentra \(AD\).

  6. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(CD=15\) cm y \(AD=25\) cm, encuentra \(DB\).

Ejercicio 4: usar la hipotenusa completa

En cada caso, la altura divide la hipotenusa en dos proyecciones. Recuerda que si la hipotenusa mide \(AB\), entonces \(AB=m+n\).

  1. \(AB=25\) cm y \(m=9\) cm. Calcula \(n\) y luego \(h\).
  2. \(AB=20\) cm y \(m=5\) cm. Calcula \(n\) y luego \(h\).
  3. \(AB=18\) cm y \(n=8\) cm. Calcula \(m\) y luego \(h\).
  4. En la figura, \(AB=50\) cm y \(AD=18\) cm. Calcula \(DB\) y luego \(CD\).

  5. En la figura, \(AB=34\) cm y \(DB=9\) cm. Calcula \(AD\) y luego \(CD\).

  6. En la figura, la hipotenusa \(AB\) está dibujada en otra posición. Si \(AB=45\) cm y \(AD=20\) cm, calcula \(DB\) y luego \(CD\).

Ejercicio 5: interpretar la media geométrica

Responde usando el teorema de la altura. En los tres primeros casos trabaja de forma numérica; en los siguientes, identifica primero las proyecciones en la figura.

  1. Si \(m=n=9\), ¿cuánto mide \(h\)?
  2. Si \(m=4\) y \(n=16\), ¿cuánto mide \(h\)?
  3. Si \(m=1\) y \(n=49\), ¿cuánto mide \(h\)?
  4. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(AD=16\) cm y \(DB=36\) cm, calcula \(CD\).

  5. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(AD=9\) cm y \(DB=49\) cm, calcula \(CD\).

  6. En la figura, \(CD\) es la altura a la hipotenusa \(AB\). Si \(AD=12\) cm y \(DB=27\) cm, calcula \(CD\) y escribe el resultado exacto.

Ejercicio 6: detectar errores

Analiza cada afirmación y decide si es correcta o incorrecta. Justifica.

  1. Si \(m=4\) y \(n=9\), entonces \(h=13\), porque \(4+9=13\).
  2. Si \(h=10\) y \(m=4\), entonces \(n=25\).
  3. Si \(m=0\), entonces \(h=0\), pero el triángulo queda degenerado.
  4. Si \(m\) aumenta y \(n\) disminuye, entonces \(h\) siempre aumenta.

Ejercicio 7: problema geométrico

En un triángulo rectángulo, la altura a la hipotenusa mide \(24\) cm. Una de las proyecciones mide \(18\) cm.

  1. Calcula la otra proyección.
  2. Calcula la hipotenusa completa.
  3. Verifica el resultado usando \(h^2=mn\).

Error frecuente

No confundas la altura con la hipotenusa ni con la suma de las proyecciones. La hipotenusa es \(m+n\), pero la altura cumple \(h^2=mn\).